KR20000063333A - 오염토양 및 광미(鑛尾) 중의 비소와 철의 불용화 처리방법 - Google Patents
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Abstract
비소와 철이 함유된 오염토양 및 광미를 수집하고, 수집된 토양으로부터 이물질 등을 분리하는 오염토양 수집 및 전처리 단계;
필요에 따라 오염토양 중에 함유된 비소와 철의 산화반응에 적합하도록 pH를 조절하는 단계;
오염토양에 산화제를 첨가하는 단계; 및
오염토양과 산화제를 혼합하는 단계;
로 이루어진, 오염토양 및 광미중의 비소와 철의 불용화 처리방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 오염토양 및 광미중의 비소와 철을 산화제를 이용하여 불용화 처리하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 비소로 오염된 오염토양 및 광미에 과산화수소를 첨가함으로써, 오염토양 및 광미중의 철과 오염원인 비소의 산화반응을 통하여 불용성인 비산철로 전환시키는, 비소와 철의 신규한 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 비소는 다른 2가 중금속과는 달리 음이온적 거동을 하는 것으로 알려져 있으며, 자연조건하의 토양이나 광미중에는 비소원소(elemental arsenic)나 아비산염(arsenite)의 형태로 존재하고 있어 우수(雨水)나 지표수에 쉽게 용출되어 오염확산을 가져온다. 또한 비소는 산화조건으로 갈수록 비산염(arsenate)의 형태로 전환되기 쉬우며, 금속비산염의 형태로 전환되면 용해도가 낮아진다. 즉 비소는 조건에 따라 쉽게 형태가 전환되기 때문에 적당한 처리방법이 정립되지 못하고 있는 실정이다.
한편, 철은 황철광 형태로 광미중에 다량 함유되어 있으며 화학반응에 의해 많은 수소이온을 배출함으로써, 광산지역에서 산성폐수를 발생시키는 주원인 물질이다.
비소로 오염된 토양 및 광미의 기존 처리방법 중에 완전히 정립된 기술은 없으며, 다만 수처리 분야에서는 비교적 안정적인 방법으로 알려져 있는 금속비산염 (metal arsenate)이나 3가철을 이용하여 공침으로 제거하는 방법이 주로 사용되어 왔다. 폐기물의 경우 적용될 수 있는 처리방법으로는 강산이나 강염기를 이용한 분리제거 방법이나 고형화 방법이 응용되고 있다.
중금속으로 오염된 토양이나 폐기물을 처리하기 위하여 선진국에서는 많은 연구들이 수행되어 오고 있으나, 다른 중금속에 비해 비소의 경우에는 적당한 처리방법으로 정립된 것이 없으며, 선진국에서 선택한 최적처리방법으로는 고형화 기술의 일종인 유리화(vitrification)를 들 수 있다.
그러나 공침 방법의 경우, 강산이나 강염기를 용매로 사용하기 때문에 분리한 후 수용액중에 비소의 재침전이나 폐기물의 중화처리문제 등을 야기하며, 광범위한 지역에 적용시 처리비용의 과다, 인체에 유독한 강산이나 강염기의 사용에 따른 후처리공정에의 어려움 등의 문제점을 수반하게 된다. 또한 유리화 처리방법은 초고온에서 녹인 후 고형화하는 방법이므로 처리비용이 과다하고, 처리 약품의 첨가에 따른 부피 증가 등의 문제점이 있어 고농도로 농축된 폐기물에는 적용이 가능하나, 광미나 토양과 같이 광범위한 지역이 오염된 경우에는 분리를 통한 농축이 선행되어야 하므로 막대한 처리비용의 부담을 안게 된다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하고자 비소로 오염된 오염토양 및 광미에 산화제만을 첨가하여 오염토양 및 광미에 기존재하는 철과 오염원인 비소의 산화반응을 자발적으로 진행시킴으로써, 오염원인 비소를 불용성인 비산철의 형태로 전환시키는 오염토양 및 광미중의 비소 및 철의 불용화 처리방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 과산화수소를 이용한 오염토양 및 광미중의 비소와 철의 불용화 처리방법을 개념적으로 나타낸 공정도.
이하 본 발명의 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은
비소와 철이 함유된 오염토양 및 광미를 수집하고, 수집된 토양으로부터 이물질 등을 분리하는 오염토양 수집 및 전처리 단계;
필요에 따라 상기 오염토양 중에 함유된 비소와 철의 산화반응에 적합하도록 pH를 조절하는 단계;
상기 오염토양에 산화제 및 첨가제를 첨가하는 단계; 및
상기 오염토양과 산화제 및 첨가제를 혼합하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오염토양 및 광미중의 비소와 철의 불용화 처리방법이다.
본 발명에 따른 처리방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
오염된 토양이나 광미가 함유한 비소의 농도에 따라 산화제를 첨가하여 광미중에 기존재하는 2가철과 아비산염 형태의 비소를 산화시킴으로써 불용성인 비산철 (FeAsO4)이 자발적으로 생성되도록 한다. 물론 비소의 농도는 미리 채취된 토양이나 광미 일정량으로부터 공지된 정량분석법에 의하여 구할 수 있다. 또한 이러한 불용화 처리방법에 의해 생성된 비산철은 광미중의 황철광 표면에 피복되므로 황철광이 수소이온을 생성하는 반응을 차단하게 되어 산성광산폐수의 발생이 억제된다. 산성광산폐수의 발생이 억제됨에 따라 기타 중금속의 용출 및 오염확산도 억제될 수 있다.
본 발명에 따른 처리방법에서는 산화제로 과산화수소를 사용하는 것이 바람직하다. 과산화수소는 산화반응속도가 매우 빠르고, 다른 금속에 비해 과산화수소의 촉매작용으로 산화되기 쉬운 금속인 철은 광미에 함유량이 충분하여, 비소 존재시 비산철로의 불용화 반응이 용이하게 진행된다. 또한 생성된 비산철은 산성조건하에서도 안정적이기 때문에 재용출이 잘 되지 않는 특성을 갖게 된다.
이하 도 1을 참고로 하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명인 오염토양 및 광미중의 비소와 철의 불용화 처리방법을 개념적으로 나타낸 공정도이다.
먼저 오염토양 및 광미의 수집 및 전처리 작업(1)이 선행되어야 한다. 채광작업에 의해 발생되는 광미와 주변지역의 오염토양을 수집하고, 수집된 오염물질을 스크린 과정을 통하여 이물질 등을 분리하며, 경우에 따라서는 크기가 큰 입자까지도 분리하는 것이 본 발명의 처리방법에 도움이 된다. 즉 입자의 크기가 작을수록 표면적이 증대되어 반응이 쉽게 일어나며, 입자크기가 작을수록 비소나 중금속의 용출도 쉽게 일어날 수 있기 때문이다.
다음으로 pH조절(2)단계이다. 이 과정에서는 산화제가 비소 및 철의 산화반응을 일으키기에 적당하도록 pH범위를 조절하게 된다. 본 발명에서는 바람직한 산화제로서 과산화수소를 사용한다. 일반적으로 과산화수소와 2가 철의 적정반응 pH는 3-5 정도의 범위이다. 따라서 오염물질의 pH가 그 이상으로 높거나 낮은 경우에는 산성이나 염기성용액을 첨가하여 pH를 조절해주는 것이 보다 바람직하다. 그러나 대부분의 오염토양 및 광미의 pH가 적정반응 pH 내에 존재하기 때문에 pH조절 단계는 생략될 수 있다.
pH조절단계를 거치거나 생략한 다음 단계로 산화제 및 기타 첨가제의 첨가 과정(3)이 진행된다. 첨가되는 산화제의 양은 오염토양이나 광미중의 비소 및 철의 농도에 따라 결정되며, 여러번의 실험결과를 고려해 볼 때 첨가되는 산화제의 양은 비소의 농도에 따라 결정되는 것이 바람직하다. 그러나 첨가되는 산화제의 양은 오염된 토양이나 광미의 다른 구성성분에 의해서도 영향을 받을 수 있으므로 각각의 경우에 따라 실험실적 테스트를 통해서 결정되는 것이 가장 바람직하다.
기타 첨가제의 첨가는, 산화제가 과잉으로 첨가될 경우 철의 환원반응에 기여할 수 있으므로 이를 방지하기 위한 과정으로, 선택적으로 이루어져야 한다.
다음으로 혼합(4)단계가 진행된다. 혼합단계에서는 본 발명의 반응이 균일하게 이루어질 수 있도록 기계적 혼합기를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명의 반응은 선택적이고 빠르게 진행되므로, 일정크기의 반응조에 오염토양이나 광미를 방치하고 이전단계에서 첨가한 pH조절용 용액이나 산화제 또는 첨가제가 충분히 스며들도록 한 후, 건조시키는 방법에 의해서도 균일한 반응의 진행이 가능하다. 따라서 혼합단계는 반응이 충분히 진행될 수 있도록 반응시간을 부여하는 방치단계로 바꾸어 진행하여도 무방하다. 혼합기를 사용할 경우 혼합시간은 10분 이내로 충분하며, 반응조를 이용할 경우에는 반응이 완전히 일어날 수 있도록 약 60분에서 120분 정도의 반응시간을 주어야 한다.
2차 pH조절(5)단계는 처리된 오염물질의 매립이나 후처리(6)를 위한 과정으로 필요에 따라 선택될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체화하나 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
구봉광산의 광미를 수집하여 이물질 및 크기가 큰 입자를 스크린 과정을 거친후 반응조에 수집하였다. 우선 수집된 광미를 상온에서 교반기로 10분간 교반한 후 비소 및 철의 용출농도를 측정하였다. 과산화수소의 첨가가 미치는 영향을 알아보기 위하여 동일한 광미를 반응조에 수집하고, 과산화수소를 첨가하였다. 과산화수소 첨가 후, 상온에서 교반기로 10분간 교반하여 비소 및 철의 용출농도를 측정하였다. 이 결과를 표1에 나타내었다.
| 과산화수소 첨가량 [㎕/g 광미] | pH | Fe 농도[㎎/ L] | As 농도[㎎/L] |
| none25.050.0100150200250 | 3.823.203.143.113.073.052.97 | 71.419.34.982.533.062.733.96 | 2.361.950.330.420.430.410.52 |
표1을 보면 과산화수소를 첨가하지 않았을 경우 각각 약 71㎎/L, 약 2.4㎎/L씩 용출되던 철 및 비소의 양이 과산화수소를 첨가했을 경우에는 각각 5㎎/L, 0.5㎎/L 이하로 용출농도가 감소하였음을 알 수 있다.
실시예 2
순수한 분말상의 황철광(pyrite)과 비소표준용액을 이용하여 비소의 존재여부가 과산화수소 첨가에 따른 철의 용출농도에 미치는 영향을 알아보았다.
우선 순수한 분말상의 황철광 0.3g에 과산화수소를 첨가하여 방치하고 일정시간 경과 후 용출되는 철의 농도를 측정하였다. 비소의 존재가 철의 용출농도에 미치는 영향을 알아보기 위하여 동일한 분말상의 황철광 0.3g에 100㎎/L 비소표준용액을 혼합하고 과산화수소를 첨가하여 방치하였다. 일정시간 경과후 용출되는 철의 농도를 측정하였고, 그 결과를 표 2에 도시하였다.
| 과산화수소첨가량[㎕ /0.3g 황철광] | 비소가 함유되지 않은 경우 | 비소가 함유된 경우 | |||
| pH | Fe 농도[㎎/L] | pH | Fe 농도[㎎/L] | As 농도[㎎/L] | |
| None2.04.06.08.010.0 | 3.922.432.532.682.512.70 | 30.327.126.926.531.128.4 | 2.422.432.112.002.512.14 | 29.82.952.884.454.914.99 | 91.482.573.568.562.856.3 |
비소가 존재하지 않는 경우에는 과산화수소 첨가량의 증가와는 무관하게 30㎎/L의 철의 용출되었다. 그러나 비소가 존재하는 경우에는 과산화수소의 첨가량이 2㎕에서 10㎕로 증가하는 것과 무관하게 5㎎/L이하의 철이 용출되는 것으로 나타났다. 또한 비소의 용출량을 살펴보면 과산화수소 첨가량이 증가함에 따라 용출되는 비소의 농도가 직선적으로 감소하여 최초 100㎎/L에서 60㎎/L로 감소하였다.
이 시료들에 대하여 96시간이 지난후 재용출실험을 한 결과, 비소가 존재하지 않은 경우는 약 40㎎/L의 철이 용출되었으나, 비소가 존재한 경우에는 약 5-10㎎/L 정도의 철이 용출되었다. 즉 과산화수소 첨가와 더불어 비소와 철이 공존할 경우 75% 이상의 용출이 억제되는 것으로 나타났다. 비소가 존재한 경우 비산철의 형태로 제거되었던 비소의 약 10% 정도가 재용출되었으나 시간이 지남에 따라 증가되는 경향은 나타나지 않았으므로, 공침으로 제거되었던 비소가 재용출실험시에 용출된 것으로 판단된다.
본 발명은 비소로 오염된 오염토양 및 광미에 유독한 강산이나 강염기 대신 과산화수소만을 첨가함으로써 오염토양 및 광미에 기존재하는 철과 오염원인 비소의 산화반응을 자발적으로 진행시켜 오염원인 비소를 비산철의 형태로 불용화시켜준다.
또한 본 발명은 전술한 효과를 달성함과 동시에 과산화수소 존재하에 철과 비소의 산화반응을 통하여 생성된 불용성의 비산철이 황철광에 피복되어 황철광이 수소이온을 생성하는 반응을 차단함으로써 산성광산폐수가 발생하는 것을 억제시켜준다.
이러한 직접적인 효과 이외에도 본 발명에 따른 처리방법은 기존의 처리방법에 있어서의 처리비용, 처리시간, 공정상의 어려움, 전처리 및 재처리 과정에 수반되는 문제점을 최소화시킬 수 있다.
Claims (5)
- 오염토양 및 광미중의 비소와 철의 불용화 처리방법에 있어서,비소와 철이 함유된 오염토양 및 광미를 수집하고, 수집된 토양으로부터 이물질 등을 분리하는 오염토양 수집 및 전처리 단계;필요에 따라 상기 오염토양 중에 함유된 비소와 철의 산화반응에 적합하도록 pH를 조절하는 단계;상기 오염토양에 산화제를 첨가하는 단계; 및상기 오염토양과 산화제를 혼합하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오염토양 및 광미중의 비소와 철의 불용화 처리방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소임을 특징으로 하는 오염토양 및 광미중의 비소와 철의 불용화 처리방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 pH조절 단계에서 상기 pH는 3 -5임을 특징으로 하는 오염토양 및 광미중의 비소와 철의 불용화 처리방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 혼합단계에서 오염토양과 산화제 및 첨가제의 혼합은 기계적 혼합기를 사용하는 것을 특징으로 하는 오염토양 및 광미중의 비소와 철의 불용화 처리방법.
- 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 혼합단계에서의 반응은 10-120분임을 특징으로 하는 오염토양 및 광미중의 비소와 철의 불용화 처리방법.
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| KR1020000036121A KR100321990B1 (ko) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 오염토양 및 광미(鑛尾) 중의 비소와 철의 불용화 처리방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190128291A (ko) * | 2018-05-08 | 2019-11-18 | 전북대학교산학협력단 | 비소 축적을 억제하는 벼 재배방법 |
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- 2000-06-28 KR KR1020000036121A patent/KR100321990B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR20190128291A (ko) * | 2018-05-08 | 2019-11-18 | 전북대학교산학협력단 | 비소 축적을 억제하는 벼 재배방법 |
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